林翰璘、莊雅茹、李晨瑜、張王冠／工研院材化所
因應國內外法規，對於放流水中氮系污染物之管制趨於嚴格，各種廢水除氮技術的需求亦逐漸浮現。本文統整國內外既有之除氮程序，檢視其於經濟、環境及法規各層面面臨之挑戰；此外，因應節能減碳技術之潮流，本文特別針對近年興起之厭氧氨氧化(Anammox)技術進行深入探討，其因具節省能源及減少添加藥劑，與一段式除氮之優點，逐漸於眾多除氮技術中脫穎而出；接續並分析相關實場案例，探討不同廢水條件與其厭氧氨氧化操作條件下之表現，以加深國內對於厭氧氨氧化技術之了解及信心。
【內文精選】
既有廢水除氮技術評析
隨著管制標準加嚴在即，各種廢水除氮技術的需求亦逐漸浮現，既有的除氮程序是否能夠因應各種產業特性，確實面臨嚴峻的考驗。然而廢水因其複雜的成分，處理上去除氨氮的同時可能必須考量廢水存在的其他條件，例如：COD濃度、導電度、硬度或硫酸鹽濃度；以及廢水製程及產業特性，例如：上游主要製程經常改變或是廢水處理場空間不足等，導致不易研擬出除氮系統之統一設置準則。舉例來說：都市污水先天水質特性本應具備足夠的COD/N比例(>4)進行脫硝(Denitrification)反應，卻因為接管率與家用化糞池的因素導致都市污水普遍碳源不足；再者，金屬業高硝酸鹽廢水，可能因前端除氟程序導致接續的脫硝程序硬度過高；排煙脫硫廢水因極高的導電度(>10 mS cm-1)，導致生物程序設計上必須降低其設計負荷，或是某些科技廠因用地空間不足必須選擇高效率的物化處理等。因此，除了尋求更新穎或高效率的技術外，既有廠之現況問題仍須列入考量。
本文概略整理常見於實場應用技術的通則（如圖一所示，但無法涵蓋所有的廢水特性）。大體而言，以廢水氨氮濃度區分為：生物處理（包含硝化、異營脫硝、自營性脫硝及厭氧氨氧化）適用於10~2,000mg L-1的廢水；大於2,000~3,000mg L-1的廢水採用氣提法或其他物化方法，較具經濟效益；小於5~10mg L-1的廢水則以折點加氯或離子交換法為較合適的方法；另近年來亦發展出一系列電化學除氮技術，如電透析及間接電氧化，雖可處理數十至數千mg/L以上之氨氮，但其因初設成本高（以1,000 CMD水量為例，約需1,300,000美元設備建置費用），無實場案例報告。
圖一、常見氨氮廢水處理技術處理不同氨氮濃度操作成本之比較
根據環保署(2012)統計三大類廢水，即都市污水、畜牧廢水及工業廢水中，都市污水及畜牧廢水平均氨氮濃度約 29.5mg L-1及約 385 mg L-1，皆屬於適合生物處理的範疇；而工業廢水中，未經分流或是撇除特定製程廢水，許多研究報告與水質調查（表二所示）亦顯示，多種大水量之工業廢水濃度多介於100~1,000mg L-1之間。除了氨氮濃度外，廢水量多寡（也就是氨氮排放總量）往往直接影響操作成本，生物處理於一般情況下細菌會伴隨處理過程而增殖，因此處理費用主要為鼓風機的動力費用，及視情況部分加藥費用（如甲醇及液鹼）為主，化學藥劑或能源消耗一般低於物理化學的處理方法；此外，由於生物處理的副產物主要為廢棄生物污泥，二次污染的情況及其處置費用亦低於其他物化的方法。這些優勢皆隨著處理規模愈大而更加顯著…以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
圖二、硝化/脫硝反應與亞硝化/厭氧氨氧化反應之比較
★本文節錄自《工業材料雜誌》409期，更多資料請見下方附檔。